ВЗРЫВНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2010 года по МПК F42B12/18 F42B1/00 

Изобретение относится к области взрывных работ и может быть использовано при разработке взрывных устройств с последовательным срабатыванием зарядов ВВ.

Известен боеприпас, содержащий два кумулятивных заряда взрывчатого вещества (ВВ), срабатывающих друг за другом и разделенных защитным экраном, выполненным в форме усеченного конуса и разнотолщинным, с утонением к оси боеприпаса (патент России №2210723, опубл. 20.08.2003 г.). Такая форма защитного экрана дает возможность уменьшить влияние продуктов взрыва по оси боеприпаса за счет рассечения фронта их распространения, защищая заряд, срабатывающий вторым.

Недостатком данного защитного экрана является его неэффективность для ослабления влияния ударной волны, распространяемой по корпусу боеприпаса.

Известно устройство для демпфирования ударной волны при взрыве (патент России №2255305, опубл. 27.06.2005 г.). Данное устройство выполнено в виде защитного экрана и представляет собой две прочные оболочки, между которыми размещен вспученный графит. Данное устройство размещают вокруг взрывоопасного объекта или на пути распространения ударной волны и применяют для защиты объектов от воздействия ударных волн, когда нужны меры по локализации взрыва. Основано оно на поглощении ударной волны, распространяемой по воздуху от взрывоопасного объекта, и для применения в конструкции взрывных устройств для защиты от воздействия ударной волны ранее сработавшего заряда ВВ нецелесообразно.

Известен боеприпас (патент США №5952604, опубл. 14.09.1999 г.), выбранный в качестве прототипа к заявляемому решению по наибольшему количеству сходных с ним признаков и решаемой задаче. Известный боеприпас содержит два или более кумулятивных заряда ВВ, срабатывающих последовательно друг за другом. Заряды помещены в раздельные отсеки. Корпуса последовательных отсеков связаны друг с другом соединительным узлом, ослабляющим воздействие ударной волны ранее сработавшего заряда на последующие отсеки. Внешняя поверхность соединительного узла выполнена разными диаметрами, и часть, выполненная большим диаметром, размещена в продольном сечении боеприпаса между соединяемыми отсеками, а две части с меньшими диаметрами расположены с торцов соединительного узла и каждая из них соединена со своим отсеком.

Соединительный узел состоит, как минимум, из двух деталей:

- демпфирующей вставки, размещенной параллельно продольной оси боеприпаса и соединяющей последовательные отсеки;

- жесткой опоры, установленной между соединяемыми отсеками в продольном сечении боеприпаса и соединенной с внешней поверхностью демпфирующей вставки. Размер жесткой опоры относительно размера демпфирующей вставки выбирают таким, чтобы при несжатом состоянии демпфирующей вставки образовывался зазор между жесткой опорой и хотя бы одним соединяемым отсеком в продольном направлении и чтобы она удерживала соединяемые отсеки во время запуска, а после отжималась от демпфирующей вставки. Ослабление ударной волны, проходящей по корпусу боеприпаса, основано на поглощении ее за счет деформации демпфирующей вставки.

Недостатком известного решения является сложность конструкции и, следовательно, сложность изготовления, а также недостаточное ослабление ударной волны, проходящей по корпусу боеприпаса. Следует отметить, что после запуска боеприпаса жесткая опора отделяется, что приводит к недостаточной прочности соединения демпфирующей вставки с соединяемыми отсеками при движении боеприпаса на траектории.

Задачей, стоящей в данной области техники и на решение которой направлено предлагаемое решение, является обеспечение зашиты от воздействия ударной волны ранее сработавшего заряда ВВ, проходящей по корпусу взрывного устройства на другие отсеки взрывного устройства. При срабатывании первого заряда ВВ ударная волна распространяется в сторону последующих отсеков, содержащих, например, второй заряд ВВ, поэтому необходимо создать благоприятные условия для работы этого заряда или для работы оборудования, входящего в состав этих отсеков.

Техническим результатом заявляемого решения является упрощение конструкции взрывного устройства, повышение технологичности его изготовления, уменьшение воздействия ударной волны ранее сработавшего заряда ВВ на последующие отсеки взрывного устройства. Дополнительным техническим результатом при использовании заявляемого решения является обеспечение надежности соединения последовательных отсеков и соединительного узла при эксплуатации взрывного устройства.

Указанный технический результат достигается за счет того, что во взрывном устройстве, содержащем, по крайней мере, два заряда ВВ, помещенные в раздельные отсеки и срабатывающие относительно друг друга с временной задержкой, соединительный узел, расположенный между ними, связывающий корпуса последовательных отсеков взрывного устройства и ослабляющий воздействия ударной волны ранее сработавшего заряда ВВ, выполнен в виде цельной конструкции из материала, величина акустического импеданса которого отличается от величины акустического импеданса материала корпусов соединяемых отсеков не менее чем в два раза.

Между соединяемыми отсеками может быть установлен, по крайней мере, еще один соединительный узел, выполненный из материала, величина акустического импеданса которого отличается не менее чем в 2 раза от величины акустического импеданса материала последовательно расположенных соединяемых деталей. Соединительный узел может быть выполнен из пористого материала.

Выполнение соединительного узла в виде цельной конструкции позволяет упростить ее и повысить технологичность изготовления боеприпаса. Цельность конструкции соединительного узла позволяет обеспечить герметичность взрывного устройства и исключить дополнительные зазоры между соединяемыми поверхностями последовательных отсеков и соединительного узла, что увеличивает прочность взрывного устройства при эксплуатации.

Выполнение соединительного узла из материала, величина акустического импеданса которого отличается от величины акустического импеданса материала корпусов соединяемых отсеков не менее, чем в два раза, позволяет:

- выполнить соединительный узел в виде цельной конструкции, так как этого будет достаточно для ослабления ударной волны, проходящей по корпусу взрывного устройства;

- добиться ослабления ударной волны, проходящей по корпусу взрывного устройства, в основном за счет отражения ударной волны при прохождении ее через границы раздела поверхностей соединяемых отсеков и соединительного узла, а также за счет частичного поглощения.

Допустим, что акустический импеданс материала соединительного узла - G₁, а акустический импеданс материала соединяемых отсеков - G₂, тогда в одномерной постановке:

- если G₁ меньше, минимум чем в два раза G₂, то наблюдаются отражение ударной волны, проходящей по корпусу взрывного устройства, на первой границе раздела поверхностей соединяемого отсека и соединительного узла и незначительное усиление прошедшей ударной волны на второй границе раздела поверхностей соединительного узла и соединяемого отсека, что приводит к общему ослаблению воздействия от ударной волны ранее сработавшего заряда ВВ;

- если G₂ меньше, минимум чем в два раза G₁, то наблюдаются незначительное усиление ударной волны на первой границе раздела поверхностей соединяемого отсека и соединительного узла и отражение ударной волны на второй границе раздела поверхностей соединительного узла и соединяемого отсека, что приводит к общему ослаблению воздействия от ударной волны ранее сработавшего заряда ВВ.

Дальнейшее увеличение разности импедансов, определяемых конструкционными материалами, приводит к еще большему ослаблению воздействия от ударной волны ранее сработавшего заряда ВВ.

Если G₁ приблизительно равен G₂, то ударная волна, проходящая по корпусу взрывного устройства, почти целиком передается через границу раздела поверхностей соединяемого отсека и соединительного узла. Размещение между отсеками нескольких соединительных узлов позволяет усилить достигаемый указанный технический результат, как и выполнение соединительного узла из пористого материала.

На фиг.1 приведена общая схема заявляемого устройства.

На фиг.2 детально показан соединительный узел между соединяемыми отсеками.

Пояснения к фиг.1 и 2:

1 - первый взрывной заряд (ВЗ);

2 - второй ВЗ;

3 - соединительный узел между первым ВЗ и вторым ВЗ.

Примером конкретного исполнения заявляемого устройства может служить тандемное взрывное устройство, состоящее из двух зарядов 1 и 2, расположенных в раздельных отсеках и срабатывающих относительно друг друга с временной задержкой. Корпуса отсеков выполнены из одного материала - алюминиевый сплав Амг6 ГОСТ 4784-97. Между первым ВЗ 1 и вторым ВЗ 2 расположен узел 3 из пенопласта. Акустический импеданс материалов соединительного узла и корпусов соединяемых отсеков рассчитывается по формуле

G=ρ*C,

где ρ - плотность материала;

С - скорость распространения звука по материалу.

Акустический импеданс пенопласта равен

G_п=р_п*C_п=700 кг/м³*350 м/с=1645000 кг/(м²*с),

акустический импеданс алюминиевого сплава равен:

G_a=р_а*С_а=2700 кг/м³*6260 м/с=16902000 кг/(м²*с).

Таким образом, G_a больше чем G_п приблизительно в 10,3 раза.

Соединительный узел 3 между первым ВЗ и вторым ВЗ выполнен в виде втулки, внутренняя поверхность которой выполнена одним диаметром, а внешняя - двумя диаметрами. На меньшем диаметре внешней поверхности и на всей внутренней поверхности втулки выполнена резьба для соединения с первым ВЗ и вторым ВЗ соответственно. Та часть втулки, которая выполнена большим диаметром внешней поверхности, размещена в продольном сечении между соединяемыми отсеками. Часть втулки, выполненная меньшим диаметром внешней поверхности, размещена в поперечном сечении между соединяемыми отсеками.

Работа заявляемого устройства осуществляется следующим образом.

Формируется ударная волна от ранее сработавшего первого ВЗ 1 (импульс сжатия с напряжением σ₁), распространяющаяся по корпусу взрывного устройства, на границе раздела поверхностей первого ВЗ 1 и соединительного узла 3 при соотношении акустических импедансов: G_a больше чем G_п приблизительно в 10,3 раза, в одномерной постановке:

- отраженный от границы импульс составляет

σ_отр=((G_п-G_a)/(G_п+G_a))*σ₁≈0.82*σ₁,

- прошедший в соединительный узел импульс составляет

σ_пp=(2G_п/(G_п+G_a))*σ₁≈0.18*σ₁,

на второй границе раздела поверхностей соединительного узла 3 и второго ВЗ 2, в одномерной постановке:

- прошедший через соединительный узел в корпус импульс составляет

σ_пр=(2G_a/(G_п+G_a))*0.18σ₁≈1.82*0.18*σ₁=0.33*σ₁.

Влияние соединительных узлов на ослабление ударной волны, проходящей по корпусу взрывного устройства, зависит и от других факторов, а именно трехмерности конструкции, сжимаемости пенопласта, частичного поглощения энергии пенопластом и т.д., учет которых усиливает влияние соединительных узлов на ослабление воздействия ударной волны, проходящей по корпусу взрывного устройства.

Если соединительный узел выполнить, например, из стали (отношение акустических импедансов G_ст и G_a составляет приблизительно 2,8), то прошедший через соединительный узел импульс составит 0,53σ₁.

Численное моделирование на основе метода конечных элементов конкретного исполнения заявляемого устройства (тандемное взрывное устройство) подтвердило:

- заметное снижение ударных нагрузок в основном за счет отражения ударной волны при прохождении ее через границы раздела поверхностей соединяемых отсеков и соединительного узла, а также частичного поглощения;

- обеспечение прочности и надежности соединения последовательных отсеков и соединительного узла при действии эксплуатационных нагрузок.

Таким образом выполнение соединительного узла согласно предлагаемому изобретению позволяет:

- ослабить воздействие ударной волны ранее сработавшего заряда ВВ на последующие отсеки взрывного устройства;

- обеспечить простоту соединения отсеков во взрывном устройстве;

- обеспечить прочность и надежность соединения последовательных отсеков при действии эксплуатационных нагрузок.

Изобретение относится к области взрывных работ и может быть применено в конструкциях взрывных устройств, содержащих, по крайней мере, два заряда взрывчатого вещества (ВВ). Последовательные отсеки взрывного устройства связаны соединительным узлом, выполненным в виде цельной конструкции из материала, величина акустического импеданса которого отличается от величины акустического импеданса материала корпусов соединяемых отсеков не менее чем в два раза. Уменьшается воздействие нагрузок на последующие отсеки взрывного устройства от ударной волны ранее сработавшего заряда. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Взрывное устройство, содержащее, по крайней мере, два заряда взрывчатого вещества, помещенные в раздельные отсеки и срабатывающие относительно друг друга с временной задержкой, соединительный узел, расположенный между ними, связывающий корпуса отсеков взрывного устройства и ослабляющий воздействие ударной волны ранее сработавшего заряда, отличающееся тем, что соединительный узел выполнен в виде цельной конструкции из материала, величина акустического импеданса которого отличается от величины акустического импеданса материалов корпусов отсеков взрывного устройства не менее чем в два раза.

2. Взрывное устройство по п.1, отличающееся тем, что между корпусами отсеков установлен, по крайней мере, еще один соединительный узел, при этом величина акустического импеданса материала дополнительного соединительного узла отличается не менее чем в два раза от акустических импедансов материалов соединяемых деталей.

3. Взрывное устройство по п.1, отличающееся тем, что соединительный узел выполнен из пористого материала.